1、高级实验设计—比较性实验设计(Experimental Design)

观察及测定项目 Items of observation and measurement— 精选
管理措施 Management measures—细致
3. 实施 Implementation
准备试验场所、器材、工具 布置 管理 观察、测定、纪录
4. 总结 Making conclusions
代表性 Representative 试验结果要能正确反映被研究总体的客观规律。 （试验过程中采用的措施有代表性、随机抽样观测） 精确性 Precision 试验结果的特征数和分布规律要接近总体特征值及分
布规律（减小试验误差）。
复现性 在相同条件下重复同一试验，能得到相同的规律（保 证代表性和精确性 ）。
¦ ² Ê Ê² ½² ¨ 60% µ § ² Ê ¼ °È ¨ ² ¿ ³¼ Á س ÷» ù² Ê£ »Æ äÓ ´ § ² µ Ê Ô Ú ¿ é ¾ ¤ Ð Î ³ É Ú³ Æ ²Ê ¦
在这一设计方案中，磷、钾肥作为肥底，采用目前 生产上的合理用量并对各处理保持一致。肥料宜用 单质肥料，以便依据处理需要调节用量。
第二节 比较性试验方案设计
一．试验方案设计的基本概念
1. 因素 Factor
试验要研究的、能对研究客体产生影响的各种事物，称为试验 因素或因素。 作物品种 Variety of crop
施肥量 肥料品种 施肥方式 施肥时间 灌水量 灌水时间 覆盖方式 Fertilization rate Fertilizer type Fertilization method Fertilization time Irrigation amount Watering time Mulching mode 作物产量 Crop yield 作物品质 Crop quality 肥料利用率 Recovery of fertilizer 水分利用效率 Water utilization efficiency or WUE
氮肥品种 施氮方式
施氮时间
灌水量（mm） 灌水类型 灌水时间 覆盖方式
污水灌溉，地下水灌溉
不覆盖、覆麦秸、覆地膜
3. 处理 Treatment
一个试验因素的不同水平或几个试验因素不同水平之间的组合
施磷量（kg/hm2） （单因子试验因素 的每个水平就是
一个处理）
氮 3 个水平：N1，N2，N3 磷 3 个水平：P1， P2，P3
试验方案： N1 P1 ，N2 P1 ，N3 P1 N1 P2 ，N2 P2 ，N3 P2 N1 P3 ，N2 P3 ，N3 P3
表 N、Ｐ、Ｋ三因素二水平完全实施方案
处理号 1 2 3 4 5 6 7 8
N 1 1 1 1 2 2 2 2
喷施肥料只是基肥和追肥的补充，因此各试验田块应 按照生产要求，通过基肥和追肥施用适量的氮磷钾肥料。
采用方差分析方法的单因素设计
例1 小麦磷肥用量试验，磷肥用量： P0 ，P1，P2， P3 四水平，试验方案如下：
1）不施肥（CK1）； 2） 肥底NK+P0； 3） NK+P1； 4） NK+P2； 5） NK+P3
确定试验因素水平的上、下限：取决于试验目的 和生产实际情况。 确定试验因素的水平间距：取决于作物种类、土 壤肥力水平、试验条件、植物营养元素种类。
采用 t 检验方法的配对设计
例如在不同农户田分设施肥与不施肥处理进行肥 料效应对比试验。
应用实例 ：
某新开发的多元微肥，含多种微量元素和氮磷钾等元素，现
归纳整理和分析试验资料，提炼规律。
审查资料，剔除异常数据； 统计分析 撰写报告 试验的目的和意义 Introduction 材料与方法 Materials and methods 试验结果（数据、图片、图表、标本）Results 讨论 Discussion 结论 Conclusions
四、试验基本要求
2. 试验研究的任务
解决人们在认识社会和自然的过程中所遇到的实践问题；
为人类认识和改造客观世界提供理论依据，指导人们的实践 活动。 Probably the most important function of the consulting statistician is providing assistance in designing efficient experiments that will enable the experimenter to obtain unbiased estimates of treatment means and differences and of experimental error.
渭北旱塬春玉米田氮肥施用方式研究。
复因素试验 Factorial experiment
同一试验中同时研究2个或2个以上因素的效应（Effect）。
特点 Characteristics
可探明因素间相互关系（Interaction），较全面地说
明问题，试验效率较高。
缺点 Demerits
试验因素过多时，使试验过于复杂庞大，反而降低试验 准确性。
通过差异比较说明试验因素的效应； 遵循单一差异原则——除了试验因素外，其它因素 均 应保持相对一致。
• 设对照：试验方案中不施肥处理或施用某种标准肥 料处理，采用某种常规施肥措施或其它常规农艺措 施的处理。 • 设肥底：除了作为试验因素的肥料外，所有处理均 需施用相同量和适宜量的其它肥料。 如： 1：N0K0P0（对照1，CK1) 2：N1K1P0（对照2，CK2) 3：N1K1P过磷酸钙（对照3，CK3) 4：N1K1P磷矿粉
± í 2-2 ¥À ´ íº Å 1 2 3 4 ¥À ´ í N0 N1 N2 N3 íå  Áí ʵ §Ê ²Ó à ¿ ÁÊ Ôé Ñ ¦² Ê Ê¿ Á (kg/hm2) N P 2O5 K2O 0 135 225 150 135 225 210 135 225 270 135 225
例2 氮肥品种比较试验。方案如下：
1）不施肥（CK1）； 2） 肥底PK+尿素； 3） PK+碳铵； 4） PK+硝铵； 5） PK+硫铵
[应用实例] 某马铃薯生产基地要建立马铃薯高产优质施 肥方案，磷钾肥施用量基本变化不大，但施氮量（N, kg/hm2 ）因生产基地而异，一般在 150～250 范围内，设计确定优化 施氮的方案。
二．试验研究的种类 Types of experimental study 单因素试验
特点
Single factor experiment
设计简单，结果易于分析，能对试验因素作
只将某一个因素（Factor）的效应作为试验研究的对象。 深入研究。
缺点 不能了解因素间的相互关系，结果有一定局 限性。 例子 氮肥用量对冬小麦产量的影响
2. 不完全实施方案 Incomplete design
用完全实施方案的一部分处理构成试验方案。
（1） 经验法
氮磷钾肥料效应试验均衡不完全实施方案
处理号 1
2 3 4
N 1
1 2 2
P 1
2 1 2
K 1
2 2 1
处理 处理 N1P1K1 CK
N1P2K2 N2P1K2 N2P2K1 PK NK NP
对照 + 设肥底
有比较才有鉴别
保证试验肥料因素 效应的正常发挥
3. 方案的高效性
用较少的投入获得最大的信息量
途径 Pathways
适当减少试验因素的数量 在各因素水平设计上应有侧重
采用正交设计方案（复因子试验）
三、试验方案设计
（一）单因子试验方案设计
Design for single factor experiment 研究目的 Study purpose 考察一个因素的效应 设计要点 Major points
knowledge is most often obtained by careful analysis and interpretation of data, then it is paramount （最重要的） that considerable thought and effort be given to planning their collection in order that maximum information be obtained for the least expenditure of resources.
（二）复因子试验方案的设计 Factorial design
研究目的：考察因子的主效应及其交互作用，确定 各因素不同水平的优化组合。
设计要点：确定采用完全实施方案，还是不完全 实施方案！
1. 完全实施方案 Complete design
各试验因素不同水平一切可能的组合均作为试验处理。
如：氮磷肥料配合试验，
P1 (0) P2 (4) P3 (8) P4 (12) N1I1 (0，30) N2I1 (5，30) N3I1 (10，30) N1I2 (0，60) N2I2 (5，60) N3I2 (10，60)
施氮量（kg/hm2） 灌水量（mm）
4. 方案 Plan or design
同一试验中所有试验处理的总和称为试验方案。
第一章 比较性试验设计
Chapter 1 Experimental Design for Comparative Experiments
第一节 试验研究概述
一、目的与任务 1. 试验研究的定义
采用严密手段和科学方法，探索客观现象发生的原因、 过程和结果等规律的实践活动。又叫科学试验。
If we accept the premise （ 假 定 、 假 设 ） that new
2. 水平 Level
试验因素不同质或量的存在状态，称为试验因素的水平。
作物品种
陕229，小偃22，8401
0，75，150，225 尿素，碳铵，硫铵 表施，穴施，条施 播前，冬季，拔节期 0，20，40，60，80 冬季， 拔节初期， 拔节后期
施氮量（kg/hm2）
如：氮磷肥料配合试验，
氮 3 个水平：N1，N2，N3
磷 3 个水平：P1，P2，P3
试验方案：9个处理
N1 P1 ，N2 P1 ，N3 P1
N1 P2 ，N2 P2 ，N3 P2
N1 P3 ，N2 P3 ，N3 P3
二、试验设计方案的原则
1. 明确的目的性
试验要能回答你的问题。
2. 严格的可比性
P 1 1 2 2 1 1 2 2
K 1 2 1 2 1 2 1 2
处理 N1P1K1 N1P1K2 N1P2K1 N1P2K2 N2P1K1 N2P1K2 N2P2K1 N2P2K2
CK K P PK N NK NP NPK
特点：一个因素各水平与其它因素各水平组合的机会相等； 处理数为：a × b × c ; 优点：可算出所有因素的简单效应、主效应和交互作用， 提供的信息量较大。 缺点：试验因素和水平较多时方案显得过于庞大，实施起 来难度大。
例子 Example
研究灌水量、灌水时间及施肥量配合对作物产量的效应 。
三．试验的一般程序 Common procedure
1. 选题 确定试验研究的方向、目标和任务
有意义：新技术、新产品、新观点、新理论
氮肥利用率
△ 联系生产实际：生产上迫切需要解决的问题； △ 预测未来问题：未来生产发展中会出现的问题； △ 基础理论问题：学科发展上需要解决的突出问题。
控释肥料 果树缺铁 土壤污染
有科学性：有科学依据，可行性强 有实用性：有应用前景
盐碱土改良
2. 做好试验计划 Making experimental plan
设计完成试验任务的方法步骤 试验方案 Experimental plan—完善 试验方法 Experimental method— 科学
欲通过小麦田间叶面喷施试验，检验其肥料效应。为此ຫໍສະໝຸດ Baidu选 择了具有代表性的 5 个农户小麦田，进行肥料效应对比试验
。采用配对设计方案，共有2个处理：
1. 喷施微肥：将固体微肥配制成 0.5% 浓度的水溶液，在 冬小麦拔节期和孕穗期分作 2 次喷施，每次施用量为100 ml/m2 微肥溶液。
2. 对照：不喷施微肥，只在处理 1 喷施肥料时，对处理2喷 施与处理 1 同量的清水。